Современные астрономы знают, что черные дыры, вопреки распространенному мнению о том, что они просто поглощают все вокруг, на самом деле вращаются с невероятной скоростью. Определение скорости вращения этих космических объектов имеет решающее значение для понимания их влияния на окружающее пространство и даже на галактики, находящиеся в ихближайшем окружении. Новая работа группы ученых, возглавляемая Теган Томас из Университета Вирджинии, сообщает как хорошие, так и плохие новости по этому поводу. Плохая новость заключается в том, что в настоящее время мы не можем точно измерить скорость вращения черных дыр. Однако хорошая новость состоит в том, что в ближайшие годы может появиться новая методика, которая позволит это сделать.
МАКСИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ВОРОЧЕНИЯ ЧЕРНЫХ ДЫР
Существует две основные теории о максимальной скорости вращения черных дыр. Первую сформулировал Кип Торн в 1970-х годах, предполагая, что максимальная скорость вращения черной дыры составляет 99.8% от скорости света. Эта скорость ограничивается фотонами, испускаемыми аккреционным диском, которые оказывают противодействие вращению черной дыры. Вторая теория была предложена Чарльзом Гэмми в 2004 году и утверждает, что максимальная скорость вращения черной дыры составляет 93.75% от скорости света, причем замедление связано с высокомагнитными струями, которые препятствуют дальнейшему вращению.
На протяжении многих лет между сторонниками этих теорий велись споры о том, какая из них правильная. В связи с тем, что были собраны новые данные о физических характеристиках черных дыр, возникает вопрос: можем ли мы наконец решить этот спор?
ОГРАНИЧЕНИЯ ТЕКУЩИХ ТЕЛЕСКОПОВ
Но, увы, ответ на этот вопрос — нет. Текущие телескопы не способны обеспечить необходимую точность измерений. Основным инструментом является Телескоп горизонта событий (EHT), который получил широкую известность благодаря созданию первого в мире изображения черной дыры примерно десять лет назад. Несмотря на инженерные достижения EHT, его разрешающая способность ограничена до 20 микроарсекунд.
Чтобы выяснить, может ли EHT различать вращение черных дыр на этом уровне разрешения, ученые использовали продвинутую 3D-симуляцию магнитогидродинамики общего относительности (GRMHD). Они смоделировали черную дыру Sgr A* (в центре Млечного Пути), предполагая, что она вращается на максимальных предельных значениях, а затем использовали программное обеспечение для трассировки лучей, чтобы создать синтетические радиоизображения, которые EHT мог бы потенциально обработать.
К сожалению, на EHT черная дыра при обоих максимальных скоростях вращения выглядит совершенно одинаково. Аккреция плазмы почти одинакова для обеих моделей, а релятивистские струи, создаваемые черной дырой, практически не различимы в данных EHT. На уровне разрешения EHT кривые света, линейная поляризация и круговая поляризация сигналов почти полностью перекрываются.
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ BHEX
Если EHT не может различать эти две модели вращения, что тогда может помочь? Ответ, возможно, заключается в менее очевидной характеристике окружающей черную дыру среды — ее фотонном кольце. Это тонкий, но яркий круг света, образующийся из световых лучей, которые были захвачены гравитацией черной дыры, сделали хотя бы один оборот вокруг нее и затем направились в сторону Земли.
Однако ни один сенсор на Земле не может достичь нужной чувствительности, порядка 5 микроарсекунд. Но вскоре нас может не ограничивать только «земное» оборудование. На горизонте появляется миссия Black Hole Explorer (BHEX), запланированная как небольшая миссия NASA на предстоящую декаду. Эта миссия предназначена для размещения радиотелескопа на орбите Земли, который будет работать в тандеме с критически важными компонентами EHT, такими как Телескоп Грин-Бэнка или Большая Миллиметровая/Подмиллиметровая Антенна (ALMA). Расширив EHT в космос, BHEX сможет создать интерферометр достаточно большого размера, чтобы непосредственно наблюдать фотонное кольцо Sgr A*.
Если BHEX будет запущен, он станет важным инструментом для точного определения формы этого кольца для нашей местной черной дыры. Благодаря этому исследованию мы, возможно, сможем определить максимальную скорость вращения черных дыр и завершить многолетние споры о характеристиках этих загадочных космических объектов.
Не забудьте подписаться на наши каналы Дзен, Telegram и ВК.
Мы всегда рады видеть вас среди наших читателей и подписчиков SpaceDiscover!
